使用单片机设计数字控制的直流开关电源的详细资料说明

　　本文基于高性能单片机设计了数字控制的功率直流开关电源。首先介绍了该电源的原理及整体设计方案，其次介绍了部分关键电路的硬件设计，采用软件方式来实现功率直流电源的数字控制，给出了主程序及部分关键部分的程序流程图。该电源具有输出电压连续可调、精度高、电路简单、操作灵活等优点。

　　1 引言

　　直流稳压电源已广泛地应用于许多工业领域中。在工业生产中（如电焊、电镀或直流电机的调速等），需要用到大量的电压可调的直流电源，他们一般都要求有可以方便的调节电压输出的直流供电电源。目前，由于开关电源效率高，小型化等优点，传统的线性稳压电源、晶闸管稳压电源逐步被直流开关稳压电源所取代。开关电源主要的控制方式是采用脉宽调制集成电路输出PWM 脉冲，采用模拟PID调节器进行脉宽调制，这种控制方式，存在一定的误差，而且电路比较复杂。本文设计了一种以ST 公司的高性能单片机μpsd3354 为控制核心的输出电压大范围连续可调的功率开关电源，由单片机直接产生PWM 波，对开关电源的主电路执行数字控制，电路简单，功能强大。

　　2 功率直流电源系统原理与整体设计

　　2.1 系统原理

　　本功率直流电源系统由开关电源的主电路和控制电路两部分组成，主电路主要处理电能，控制电路主要处理电信号，采用负反馈构成一个自动控制系统。开关电源采用PWM 控制方式，通过给定量和反馈量的比较得到偏差，并通过数字PID 调节器控制PWM 输出，从而控制开关电源的输出。其中，PID调节和PWM 输出都由单片机系统采用软件控制。

　　2.2 系统整体设计

　　系统硬件部分由输入输出整流滤波电路、功率变换部分、驱动电路、单片机系统和辅助电路等几部分组成。图1为单片机控制功率直流电源结构框图。

　　从图1中可以看到，50Hz、220V的交流电经电网滤波器消除来自电网的干扰，然后进入到输入整流滤波器进行整流滤波，变换成直流电压信号。该直流信号通过功率变换电路转化成高频交流信号，高频交流信号再经输出整流滤波电路转化成直流电压输出。控制电路采用PWM脉宽调制方式，由单片机产生的脉宽可调的PWM控制信号经驱动电路处理后，驱动功率变换电路工作。利用单片机高速ADC转换通道定时采集输出电压，并与期望值比较，根据其误差进行PID调节。电压采集电路实现了直流电压V0的采集，并使其与A／D转换器的模拟输入电压范围匹配，在开关电源发生过压、过流和短路故障时，保护电路对电源和负载起保护作用。辅助电源为控制电路、驱动电路等提供直流电源。